[发明专利]促进高效钝化土壤镉的新材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种促进高效钝化土壤镉的新材料及其制备方法与应用，所述材料为碱化动物角质蛋白或巯基改性动物角质蛋白，其中，巯基改性动物角质蛋白中巯基含量为5.71‑47.10mg/g。不同于常规材料，通过对天然角质蛋白进行碱化或巯基化改性处理，可以提高其巯基含量，或增加其巯基暴露量。本发明碱化动物角质蛋白材料及巯基化改性动物角质蛋白对Cd固持容量大，稳定性强，Cd平衡吸附容量M_v达1000‑2000g/m³，Cd动态吸附容量N₀为2000‑4000g/m³，可用于镉污染土壤修复的调理剂及其他处理镉污染的添加材料，在土壤修复领域具有较广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及材料工程和重金属污染治理技术领域，具体地说，涉及一种促进高效钝化土壤镉的新材料及其制备方法与应用。

背景技术

镉的生物毒性极强，在环境中迁移活跃，易富集并通过食物链等危害人体健康，是环境及人体健康最具威胁的重金属元素之一。近年来我国Cd污染土壤面积不断增加。目前，土壤重金属如镉的钝化材料的应用多集中在无机黏土矿物、工业废弃物及其材料的简单复配组合，对于动物角质蛋白材料的研究多集中于提取技术及性能研究，环境领域的应用多集中于水污染处理或只经简单粉碎后用于土壤修复，而对于动物角质蛋白不同方式的改性以强化其环境功能，及其促进高效钝化土壤镉方面的应用还十分少见。

规模化畜禽养殖产生了大量的动物角质蛋白，其中少部分被用作保暖填充材料外，其余80％的羽毛纤维只被利用了3-5％，主要用作填充料、羽毛球及工艺品，少数用来提取蛋白质和经膨化处理作为饲料，大多数毛、角、甲、羽等物料作为废弃物。经改性制备为新材料加以利用并实现资源化应用意义重大，前景可观。

发明内容

本发明的目的是提供一种促进高效钝化土壤镉的新材料及其制备方法。

本发明的另一目的是提供上述改性材料在镉净化工艺中的应用。

本发明构思如下：动物角质蛋白中富含半胱氨酸残基，二级结构间含大量二硫键，并且含有赖氨酸、蛋氨酸等10多种氨基酸。巯基等基团可与阳离子型重金属形成稳定络合物。但多数动物角质蛋白材料表面覆盖的憎水的细胞膜层和角质层，限制了其作为高效钝化镉的材料。对其进行改性处理作为一种促进高效钝化土壤镉的新材料十分必要，且技术上可行。

为了实现本发明目的，本发明提供一种促进高效钝化土壤镉的新材料，所述材料为碱化动物角质蛋白或巯基改性动物角质蛋白。

本发明提供的巯基改性动物角质蛋白中巯基含量为5.71-47.10mg/g。

本发明所述的动物角质蛋白取材自畜禽的毛发、羽毛、蹄、角、指甲等边角料中的一种或几种，优选毛发，如人类毛发。

本发明的促进高效钝化土壤镉的新材料可按照如下方法制备得到：常温下将动物角质蛋白用一定浓度碱溶液浸泡后，用水洗涤至中性，得到碱化角质蛋白，然后向碱化角质蛋白中加入一定浓度尿素溶液和巯基乙醇，处理一段时间后，干燥即得巯基改性动物角质蛋白(即巯化动物角质蛋白)。通过对动物角质蛋白进行巯基改性处理，以提高其负载的巯基含量，或增加其巯基暴露量。

前述的方法，所述碱溶液为浓度0.3-0.8M的NaOH或KOH水溶液，优选浓度为0.5M。

前述的方法，所述尿素溶液的浓度为5-10M，优选浓度为8M。

前述的方法，按料液比g：mL：mL计，碱化动物角质蛋白：尿素溶液：巯基乙醇为1:40-60:1，优选料液比为1:50:1。

前述方法包括以下步骤：

1)常温下用0.3-0.8M NaOH溶液浸泡动物角质蛋白24-36h至溶液黑褐色，用水洗涤至中性，于≤50℃条件下烘干得到碱化动物角质蛋白；